Durchbruch in der Supraleitung: Wie Wasserstoff-Hydride Strom widerstandslos leiten
Sylvio Thies
Durchbruch in der Supraleitung: Wie Wasserstoff-Hydride Strom widerstandslos leiten
Wissenschaftler haben neue Details über Supraleitung in wasserstoffreichen Materialien unter extremem Druck enthüllt. Mit Hilfe der Hochdruck-Elektronentunnel-Spektroskopie maßen Forscher die supraleitenden Energielücken in H₃S und D₃S. Diese Erkenntnisse könnten erklären, wie bestimmte Verbindungen ihren elektrischen Widerstand bei ungewöhnlich hohen Temperaturen verlieren.
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Die Studie knüpft an jahrelange Durchbrüche bei Hydrid-Supraleitern an, darunter jüngste Rekordwerte von Lutetium- und Yttriumhydriden unter immensen Drücken. Das Team stellte fest, dass H₃S eine supraleitende Energielücke von etwa 60 Millielektronenvolt (meV) aufweist. Bei seinem Deuterium-Pendant D₃S betrug die Lücke rund 44 meV. Die kleinere Lücke in D₃S untermauert die These, dass Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Gitterschwingungen – sogenannte Phononen – eine zentrale Rolle bei der Bildung supraleitender Elektronenpaare spielen.
Die Energielücke selbst zeigt, wie Elektronen in diesen Materialien durch Paarung den Widerstand überwinden. Solche Lücken sind entscheidend, um zu verstehen, warum einige Hydride bei Temperaturen supraleitend werden, die weit über denen herkömmlicher Supraleiter liegen. H₃S verliert beispielsweise bei 203 Kelvin unter Druck seinen Widerstand, während neuere Hydride wie LuH₁₀ und YH₃ diese Grenze noch weiter verschoben haben und 250 K bzw. 262 K erreichen.
Dr. Mikhail Eremets, eine führende Persönlichkeit in der Hochdruck-Supraleitungsforschung, bezeichnete diese Arbeit als den bedeutendsten Fortschritt seit der Entdeckung der Supraleitung in H₃S im Jahr 2015. Das Team plant nun, dieselbe Tunneltechnik auf andere Hydrid-Supraleiter anzuwenden. Ihr Ziel ist es, die Faktoren zu identifizieren, die Supraleitung bei noch höheren Temperaturen ermöglichen könnten.
Hydrid-Supraleiter funktionieren bereits oberhalb des Siedepunkts von flüssigem Stickstoff und sind damit deutlich praktikabler als ältere Materialien. Könnten ihre Eigenschaften bei niedrigeren Drücken genutzt werden, könnten sie die Energieübertragung, -speicherung und andere Technologien, die auf widerstandslose Leiter angewiesen sind, revolutionieren. Die Entdeckung messbarer Energielücken in H₃S und D₃S liefert konkrete Belege dafür, wie Elektron-Phonon-Wechselwirkungen die Supraleitung in diesen Verbindungen antreiben. Durch die Ausweitung dieser Forschung auf andere Hydride hoffen Wissenschaftler, die Bedingungen für Raumtemperatur-Supraleitung zu entschlüsseln.
Die Ergebnisse unterstreichen zudem das Potenzial wasserstoffreicher Materialien für praktische Anwendungen – vorausgesetzt, die erforderlichen extremen Drücke lassen sich verringern oder effizient handhaben.
